Biodiesel Dari Minyak Nabati

Biodiesel Dari Minyak Nabati
 Minyak dan Lemak
Minyak dan lemak merupakan campuran dari ester-ester asam lemak
dengan gliserol yang membentuk gliserol, dan ester-ester tersebut dinamakan
trigliserida. Perbedaan antara suatu lemak dan minyak bersifat sembarang. Pada
temperatur kamar, lemak berbentuk padat dan minyak bersifat cair. Sebagian
gliserida dalam tumbuhan cenderung berupa minyak, karena itu biasa terdengar
ungkapan lemak hewani dan minyak nabati (Ketaren, 1986).
Lemak dan minyak seringkali ditambahkan ke bahan makanan dengan
berbagai tujuan. Berbagai bahan pangan seperti susu, daging, ikan, telur, alpukat,
kacang-kacangan, dan berbagai jenis sayuran yang mengandung lemak dan
minyak biasanya termakan bersama bahan tersebut, lemak dan minyak ini biasa
dikenal dengan sebutan lemak tersembunyi (invisible fat) sedangkan minyak dan
lemak yang telah diekstraksi dari hewani atau bahan nabati dan dimurnikan
dikenal sebagai lemak atau minyak biasa (visible fat)(Ketaren, 1986).
Minyak dengan asam lemak jenuh sulit mengikat gugus fungsi bila
dilakukan reaksi substitusi terhadapnya karena mempunyai atom C ikatan tunggal.
Minyak dengan asam lemak tak jenuh dapat mengikat gugus fungsi antara lain:
gugus asam lemak bebas, gugus lemak, gugus glukosa, gugus gliserol, dan gugus
amino sebagai reaksi substitusi terhadapnya karena mempunyai atom C ikatan
rangkap dua atau rangkap tiga (Ketaren, 1986).
Adapun struktur umum dari trigliserida adalah sebagai berikut:
O
H2C-O-C-R1
O
HC- O- C-R2
O
H2C-O-C-R3
“R” adalah metode kimia untuk menyatakan suatu gugus alkil sebagai bagian dari
suatu rantai panjang, seperti yang terdapat pada asam lemak. Setiap asam lemak
yang tidak terikat pada suatu molekul trigliserida dalam lemak atau minyak
disebut dengan Asam Lemak Bebas (ALB)(Ketaren, 1986).

Sifat Fisik dan Kimia Minyak Kelapa Sawit
Sifat fisik dan kimia kelapa sawit meliputi warna, bau, rasa, kelarutan, titik
didih, titik cair, densitas, titik nyala, dan titik api. Beberapa sifat-sifat fisik dan
kimia minyak kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat fisik dan kimia minyak kelapa sawit
Sifat Fisik dan Kimia
Minyak Kelapa Sawit
Titik Cair (°C)
21-24
3
Densitas (gram/cm )
0,900
Bilangan Penyabunan
224-249
Bilangan Iod
14,5-19
Indeks Bias D 40 C
1,4565-1,4585
Sumber: Ketaren, 1986
Sifat-sifat dari minyak kelapa sawit pada umumnya dipengaruhui oleh
temperatur. Beberapa sifat fisik yang telah diketahui adalah sebagai berikut:
1.
Sifat fisik yang paling jelas adalah tidak larut dalam air. Hal ini disebabkan
karena adanya asam lemak berantai karbon panjang dan tidak adanya gugus
polar.
2.
Minyak kelapa sawit berwarna kuning.
Sedangkan sifat kimia dari minyak kelapa sawit yang dijabarkan antara lain
adalah sebagai berikut:
1.
Pada reaksi hidrolisa, minyak akan diubah menjadi asam lemak dan
gliserol. Hidrolisa ini terjadi karena adanya air atau kelembaban tinggi.
2.
Penambahan sejumlah basa akan terjadi reaksi penyabunan. Jumlah asam
lemak bebas dalam minyak tidak diinginkan karena akan mempengaruhi
kualitas minyak.
3.
Bila terjadi kontak dengan sejumlah oksigen, akan terjadi reaksi oksidasi
yang akan menyebabkan minyak berbau tengik (Yoeswono, 1996).
 Komposisi Minyak Kelapa Sawit
Komponen utama minyak dan lemak adalah trigliserida sedangkan
komponen non-trigliserida adalah berupa asam lemak bebas, air, kotoran dan
komponen lain yang tidak diharapkan. Adapun komposisi dari asam lemak dalam
minyak sawit dapat dilihat pada Tabel 2.2, dibawah ini:
Tabel 2.2 Komposisi asam lemak minyak kelapa sawit dan minyak inti kelapa
sawit
Asam Lemak
Minyak kelapa sawit(%)
Minyak inti sawit(%)
Asam Kaprilat
3-4
Asam Kaproat
3-7
Asam Laurat
46-52
Asam Miristat
1,1-2,5
14-17
Asam Palmitat
40-46
6,5-9
Asam Stearat
3,6-4,7
1-2,5
Asam Oleat
39-45
13-19
Asam linoleat
7-11
0,5-2
Sumber: Ketaren, 1986

Reaksi Transesterifikasi
Cara yang paling banyak digunakan untuk memproduksi biodiesel adalah
dengan cara transesterifikasi yang merupakan reaksi katalisa kimia yang
melibatkan minyak nabati dan alkohol untuk mendapatkan asam lemak alkil ester
(biodiesel) dan gliserol. Triacylglycerols yang merupakan komponen utama dari
minyak tumbuhan, terdiri dari tiga rantai panjang asam lemak yang diesterifikasi
ke gliserol (Peterson, 1999).
Ketika triacylglycerols bereaksi dengan alkohol, ketiga asam lemak akan
terbebas dari rangkaian gliserol dan bergabung dengan alkohol (metanol) untuk
mendapatkan asam lemak alkil ester. Gliserol diproduksi sebagai produk samping.
Metanol merupakan alkohol yang paling sering digunakan karena harga yang
relatif murah.
 Minyak Nabati sebagai Komponen Biodiesel
Industri pengolahan minyak sawit menghasilkan fraksi olein dan stearin.
Fraksi olein lebih baik digunakan untuk pembuatan minyak goreng, karena asam
lemak tak jenuh yang terkandung di dalamnya lebih mudah dihancurkan di dalam
tubuh. Fraksi stearin biasanya digunakan sebagai bahan baku pada pabrik
oleokimia dan untuk diekspor. Akan tetapi, saat ini ekspor stearin mendapat
saingan dari negara lain yang juga penghasil kelapa sawit seperti Malaysia.
Akibatnya, fraksi stearin akan terus berlimpah karena produksi oleokimia dalam
negeri sampai kini juga masih sangat sedikit dibanding produksi bahan baku yang
terus meningkat.
Stearin memiliki asam lemak jenuh yang lebih banyak daripada fraksi
olein, karena itu fraksi stearin memiliki bilangan setana lebih besar. Kedua alasan
di atas menjadikan fraksi stearin sebagai sumber yang tepat untuk dijadikan bahan
baku pembuatan biodiesel.
Tabel 1.2 Kandungan asam lemak pada beberapa minyak nabati
Inti
Asam
Sawit
Kelapa Kedelai
R n
Sawit
Lemak
(%)
(%)
(%)
(%)
0.5
Heksanoat 0 6
0.5
6–9
Oktanoat 0 8
3 – 10
6 – 10
Dekanoat 0 10
3 – 14
Laurat
0 12
0,1 – 1,0
37 – 52 44 – 51
13 – 18
Miristat
0 14
0,9 – 1, 5
7 – 17
8 – 10
7 – 10
Palmitat
0 16
41,8 – 46,8
2–9
1–3
3–6
Stearat
0 18
4,2 – 5,1
1–3
0
–2
Eikosanoat 0 20
0,2 – 0,7
0,6
Dekasanoat 0 22
0,3
1
Palmitoleat 1 16
0,6
Oleat
1 18
37,3 – 40,8
11 – 23 5,5 – 7,5 20 – 35
Tr – 2,5 40 – 57
Linoleat
2 18
9,1 – 11,0
1–3
5 - 14
Linolenat 3 18
0 – 0,6
Sumber: CIC indochemical (1992)

Bunga
Matahari
(%)
Kanola
(Rape)
(%)
4–8
2–5
0–1
0–1
20 – 35
45 – 68
-
3,49
0,48
64,4
22,30
8,23
Biodiesel
Biodiesel tidak mempunyai pengertian yang jelas, tetapi biodiesel
merupakan minyak nabati murni yang digunakan sebagai bahan bakar diesel yaitu
alkil ester yang dihasilkan dari minyak nabati atau lemak hewani, ataupun
pencampuran bahan bakar diesel konvensional dengan minyak nabati atau dengan
alkil ester. Sedangkan menurut ASTM (American Society for Testing and
Materials) biodiesel merupakan mono alkil ester yang mempunyai rantai asam
lemak yang panjang yang diturunkan dari lipid dan dapat diperbaharui seperti
minyak nabati atau lemak hewani digunakan pada mesin pembakaran dengan
tekanan (mesin diesel), (Helzamy, 2004).
Biodiesel memiliki keuntungan antara lain:
1.
Tidak memerlukan energi yang terlalu besar untuk memproduksinya,
karena biodiesel dapat direaksikan dengan proses transesterifikasi pada temperatur
rendah (<100°C) pada tekanan atmosfer
2. Produk samping yang dihasilkan dari proses pembuatannya yaitu gliserol dapat
bernilai jual, karena gliserol tersebut merupakan bahan baku pembuatan
produk lainnya seperti sabun, deterjen, kosmetika, dan lain sebagainya
3. Emisi yang dihasilkan dari pembakaran biodiesel ini rendah bila dibandingkan
dengan emisi hasil pembakaran bahan bakar diesel konvensional
4. Biodiesel ini mudah terurai di alam oleh mikroorganisme
5. Biodiesel tingkat keracunannya rendah
6. Biodiesel aman dalam proses penyimpanan, karena memiliki flash point yang
tinggi
7. Biodiesel merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui
Biodiesel ini dapat langsung digunakan pada mesin diesel tanpa
memerlukan modifikasi mesin, karena biodiesel ini mempunyai sifat fisik dan sifat
kimia yang hamper sama dengan bahan bakar diesel konvensional. Untuk melihat
perbandingan antara biodiesel dan bahan bakar diesel konvensional dapat dilihat
pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Perbandingan antara Biodiesel dan Bahan akar Diesel
Sifat-sifat Bahan Bakar
Diesel
Biodiesel
Standar analisa bahan bakar
ASTM D975
ASTM PS 121
Komposisi bahan bakar
C10-C21 HC
C12-C22 FAME
Lower Heating Value, Btu/gal
131,295
117,093
Viskositas kinematik, pada 40 °C
1,3-4,1
1,9-6
Specific gravity, kg/L pada 60°F
0,85
0,88
Densitas, lb/gal pada 15°C
7,079
7,328
Kandungan air, ppm
161
0,05 % maksimum
Kandungan karbon, % berat
87
77
Kandungan hidrogen, % berat
13
12
Kandungan Oksigen, % berat
0
11
Kandungan Sulfur, % berat
0,05 maksimum
0,0-0,0024
Titik didih °C
188-343
182-338
Flash point, °C
60-80
100-170
Cloud point, °C
-15 sampai 5
-3 sampai 12
Pour point, °C
-35 sampai -15
-15 sampai 10
Bilangan setana
40-55
48-65
Perbandingan stoikiometri udara
15
13,8
terhadap bahan bakar, berat/berat
Sifat-sifat biodiesel ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
1.
Flash point untuk biodiesel umumnya tinggi (yaitu lebih besar dari
150°C). Alkil ester ini tidak volatile. Batasannya yaitu 100-170 °C. dari
batasan ini yang paling rendah yaitu 100°C. Hal ini bertujuan untuk
menghilangkan kelebihan alkohol yang ditambahkan selama proses. Dengan
adanya alkohol ini dapat menyebabkan kerusakan pada pompa bahan bakar,
isian, elastomer, dan dapat menghasilkan daya pembakaran rendah
2.
Uji abu sulfat bertujuan untuk memastikan penghilangan semua katalis
yang dimasukkan selama proses. Jika kandungan sisa katalis proses yang
masih ada dalam alkil ester tinggi dapat menyebabkan terbentuknya endapan
pada injektor atau penyumbatan pada saringan mesin
3.
Bilangan setana menunjukkan cepat tidaknya suatu bahan bakar terbakar
dalam mesin. Alkil ester mempunyai bilangan setana yang tinggi bila
dibandingkan dengan bahan bakar konvensional
4.
Bilangan gliserin bebas dan total gliserin diukur untuk menunjukkan
sempurna tidaknya suatu trigliserida diubah menjadi alkil ester. Jika bilangan
ini tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada mesin
5.
Bilangan asam diukur untuk melihat tingkat keasaman suatau bahan bakar
diesel. Jika bilangan asam ini tinggi, maka akan menyebabkan pengurangan
waktu pemakaian pompa bahan bakardan juga dapat mengurangi waktu
pemakaian saringan pada mesin, (Tyson dalam Yani, 2005).
Biodiesel atau alkil ester dapat diolah lebih lanjut menjadi berbagai produk
oleokimia yang biasanya dibuat dari asam lemak nabati, Apabila harga jual
biodiesel kurang menarik, pengolahan biodiesel lebih lanjut menjadi produkproduk oleokimia dari metil ester ternyata lebih menguntungkan karena bahan
baku ini tidak korosif, lebih tahan terhadap ooksidasi dan tidak mudah berubah
warna.
Selain itu juga, biodiesel juga dapat dijadikan sebagai bahan baku
pembuatan sukrosa yang nantinya dapat dikonsumsi oleh manusia, yaitu berupa
gula polyester. Gula polyester ini dihasilkan melalui proses transesterifikasi
dengan menggunakan katalis basa, yaitu dangan mereaksikan karbohidrat dengan
asam lemak metal ester dan dengan bantuan katalis natrium metoksida.
Alkanomides
Isopropil
ester
RCOOCH3
FAME
Fatty
Sukrosa
alcohol
Biodiesel
Gambar 2.1 Pengolahan biodiesel lebih lanjut
Bahan Baku Biodiesel
Untuk membuat biodiesel diperlukan tiga komponen utama yaitu minyak
nabati, alkohol dan katalis.
Minyak Nabati
Minyak nabati yang biasa disebut tryglyceryde, glycerol ester, atau asam
lemak karena bersifat asam. Minyak nabati berwarna kuning, tidaak berbau dan
tidak mempunyai rasa. Minyak nabati tidak dapat bercampur dengan air. Minyak
nabati yang telah digunakan untuk menggoreng akan menjadi leih asam dan akan
menghasilkan asam lemak bebas. Asam lemak bebas akan dapat menempel pada
apapun yang bersifat basa. Ketika akan membuat biodiesel asam lemak bebas
harus dihilangkan terlebih dahulu. Untuk menghilangkan asam lemak bebas
digunakan katalis yang lebih banyak pada reaksi pembuatan biodiesel. Banyak
katalis yang digunakan bergantung dari seberapa banyak asam minyak nabati
tersebut. Minyak nabati memilik berat jenis 0,94 pada suhu 20°C.
Alkohol
Alkohol yang biasa digunakan pada pembuatan biodiesel adalah metanol
dan etanol. Metanol memiliki kelebihan lebih mudah bereaksi dan leih stabil
dibandingkan dengan etanol. Kerugian metanol merupakan zat yang beracun dan
berbahaya, metanol sangat mudah terbakar, bahkan lebih mudah terbakar bila
dibandingkan bensin. Metanol berwarna bening seperti air, mudah menguap,
mudah terbakar, dan mudah bercampur dengan air.
Metanol dan etanol yang dapat digunakan hanya yang murni 100%.
Metanol merupakan alkohol yang paling banyak digunakan dalam pembuatan
biodiesel. Metanol disukai karena hanya memiliki satu rantai ikatan karbon,
sedangkan etanol memiliki dua ikatan karbon. Metanol lebih murah dan lebih
mudah memperoleh pemisahan gliserin dibandingkan dengan etanol. Etanol lebih
aman, tidak beracun dan dibuat dari hasil pertanian, sedangkan metanol
mengandung uap yang berbahaya bagi makhluk hidup dan terbuat dari batubara.
Etanol memilik sifat yang sama dengan metanol yaitu memiliki warna yang
bening seperti air, mudah menguap, mudah terbakar dan mudah tercampus dengan
air. Pemisahan gliserin dengan menggunakan etanol lebih sulit dibandingkan
dengan metanol, dan apabila tidak berhati-hati akan menimbulkan emulsi.
Metanol memiliki densitas 0,7915 sedangkan etanol memiliki densitas sebesar
0,79.
Katalis
Untuk memisahkan minyak nabati perlu ditambahkan katalis. Katalis
adalah zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi antara zat-zat lain. Katalis
yang mungkin digunakan adalah natrium hidroksida atau kalium hidroksida.
Katalis akan memecahkan minyak nabati dan melepaskan ester, begitu ester
bebas, mereka akan menempel pada alkohol. Sedangkan katalis dan gliserol akan
mengendap. Jumlah katalis yang digunakan harus tepat. Pemakaian katalis yang
terlalu sedikit akan menyebabkan minyak dan alkohol tidak bereaksi, apaila
jumlah katalis yang digunakan terlalu banyak akan menyebabkan campuran
teremulsi.
Gliserin
Gliserin adalah larutan yang berwarna jernih, tidak memiliki bau, kental
dan menyerap air. Gliserin memiliki rasa manis, hampir 0,6 kali rasa manis
sukrosa. Gliserin mudah bercampur dengan air dan alkohol. Gliserin memilik titik
nyala 176°C dan titik didih 290°C. Gliserin memiliki berat molekul 92,09
gram/mol. Gliserin yang dihasilkan dari pembuatan biodiesel dapat digunakan
sebagai bahan baku pembuatan sabun. Cairan ini dapat dibuang langsung ke tanah
dan akan diserpa oleh bakteri dan mikroba. Gliserin tidak beracun, dan mudah
terurai dan tidak akan membahayakan makhluk hidup.
Proses Pembuatan Biodiesel
Alkil ester dikenal dengan biodiesel dapat diproduksi dengan berbagai
macam cara, antara lain:
Transesterifikasi
Transesterifikasi merupakan suatu proses yang menggunakan alkohol
seperti metanol dan alkohol dengan adanya katalis untuk memutuskan molekulmolekul minyak nabati menjadi metil atau etil ester dan menghasilkan gliserol
sebagai produk sampingnya. Transesterifikasi ini bukan merupakan proses baru.
Proses ini telah mulai dikenal pada awal tahun 1853 yang ditemukan oleh E.
Duffy dan J. Patrick.
Secara kimia, transesterifikasi bermakna pengubahan molekul-molekul
trigliserida, atau asam lemak kompleks, menetralkan asam lemak bebas,
menghilangkan gliserin dan membentuk alkohol ester (helzamy, 2004).
Transesterifikasi merupakan proses pertukaran bagian alkohol dari suatu ester
yang dapat dicapai dalam larutan asam atau basa oleh suatu reaksi dapat balik
antara ester dan alkohol (Fessenden, 1986).
Proses transesterifikasi bila ditinjau dari penggunaan katalis, dapat
dibedakan atas tiga macam proses, yaitu sebagai berikut:
a.
Proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis asam
Proses ini menggunakan katalis asam-asam kuat seperti asam sulfonat dan
asam sulfat. Katalis ini menghasilkan hasil alkil ester yang tinggi, tetapi reaksinya
lambat dan juga memerlukan temperatur operasi yang tinggi yaitu diatas 100°C
dan dapat mencapai waktu operasi selama 3 jam.
b.
Proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa
Proses transesterifikasi ini berjalan lebih cepat ila dibandingkan dengan
menggunakan katalis asam, dan juga tidak memerlukan temperatur operasi yang
tinggi karena dapat dioperasikan pada temperatur kurang dari 100°C
c.
Proses transesterifikasi dengan menggunakan katalis enzim
Proses transesterifikasi ini belum dikembangkan secara komersil, tetapi
banyak dilakukan penelitian-penelitian dengan menggunakan katalis enzim.
Aspek umum yang ditinjau dari reaksi ini adalah optimalisasi kondisi utamanya
yaitu pelarut, temperatur, pH, jenis mikroorganisme yang mampu menghasilkan
enzim, dan lain sebagainya, yang bertujuan untuk menyusun karakteristikkarakterisitik yang sesuai untuk diaplikasikan di bidang industri. Hal yang
dihasilkan melalui proses yang rendah bila dibandingkan dengan proses
transesterifikasi dengan menggunakan katalis basa.
Mikroemulsifikasi
Proses mikroemulsifikasi ini merupakan suatu proses yang tepat untuk
mengurangi viskositas minyak nabati yang kemudian dapat digunakan sebagai
bahan bakar mesin diesel. Mikroemulsifikasi didefenisikan sebagai dispersi
koloid yang secara termodinamika stabil dengan diameter partikel fasa yang
terdispersi kurang dari 1-4 kali panjang gelombang cahaya yang tampak. Bahan
bakar mikroemulsi kadangkala disebut dengan bahan bakar hibrida. Kandungan
utama dari bahan bakar mikroemulsi ini adalah minyak nabati, metanol, 2-oktanol,
dan bahan untuk meningkatkan nilai setana (Knothe, 2000). Reaksi ini terbentuk
secara spontan dari dua larutan yang secara normal larut sama lain dan dari satu
atau lebih ampopil ion atau ampopil non ion. Untuk waktu pengujian pembakaran
dalam waktu singkat, bahan bakar mikroemulsi menunjukkan kinerja yang hampir
sama dengan bahan bakar diesel konvensional (Khan, 2002).
Thermal Cracking (pirolisis)
Thermal cracking atau pirolisis adalah suatu proses pengubahan suatu zat
menjadi zat lain dengan menggunakan panas, atau dengan kata lain proses
pemanasan tanpa udara atau oksigen pada temperatur 450-850°C. Pada keadaan
tertentu proses pirolisi ini memerlukan katalis untuk menghasilkan pemutusan
ikatan kimia menjadi ikatan molekul yang lebih kecil (Helzamy, 2004).